Kurze Einführung in die Gründe für den Sprödbruch hochfester Schrauben

1 Sachmängel

Wenn der Gehalt an Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und anderen Elementen im Stahl zu hoch ist, werden seine Plastizität und Zähigkeit erheblich verringert und die Sprödigkeit nimmt entsprechend zu.

Die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Stahl erhöht die Sprödübergangstemperatur des Stahls. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt der maximale Chapy-Schlagzähigkeitswert von Stahl deutlich ab. Chabe-Schlagzähigkeit und Prüftemperatur

Der Gradient der Gradkurve ist tendenziell langsam und die Sprödübergangstemperatur steigt deutlich an. Durch die Erhöhung des Phosphorgehalts im Stahl sinkt die Korngrenzenbruchspannung und die Sprödigkeitsübergangstemperatur steigt. Der Stahl mit mehr als 0,1 % Phosphor führt zu einer Verringerung der Korngrenzenbruchspannung. Der Einfluss von Phosphor auf die Sprödübergangstemperatur von Stahl nimmt mit zunehmendem Phosphorgehalt zu und die Sprödübergangstemperatur von Stahl nimmt zu. Die Anwesenheit von Schwefel und Phosphor wirkt sich nachteilig auf die Bruchzähigkeit von Stahl aus. Mit zunehmendem Schwefel- und Phosphorgehalt sinkt der K1C-Wert von Stahl. Der Anstieg des Schwefel- und Phosphorgehalts verringert den K1C-Gehalt des Stahls und Schwefel ist schädlicher.

Das Vorhandensein von Mangan im Stahl trägt zur Verbesserung seiner Sprödigkeit bei. Mit zunehmendem Verhältnis von Mangan zu Kohlenstoff nehmen die schädlichen Auswirkungen von Kohlenstoff und Phosphor ab und die Sprödübergangstemperatur von Stahl wird deutlich gesenkt. (Anleitung: Kurze Einführung in verschiedene Arten von Dichtungen)

Schwefel und Phosphor verringern die Bruchzähigkeit von Stahl. Es gibt zwei Hauptgründe: ①Es ist in der ursprünglichen Austenitkorngrenze konzentriert, was die Versprödung der Produktgrenze fördert; ②Die chemische Schwefelreaktion erzeugt MnS und bildet spröde Mikrorisse in der Matrix. Der Kern erhöht die Keimbildungsquelle für Mikrorisse, wodurch es leicht zu Sprödbrüchen kommt.

Die Reduzierung des Schwefel- und Phosphorgehalts im Stahl ist ein wichtiger Weg zur Verbesserung der Bruchzähigkeit von Stahl, insbesondere von ultrahochfestem Stahl. Die Auswahl einer geeigneten Schmelzmethode ist der direkteste und einfachste Weg, die Reinheit von Stahl zu verbessern. Im Vergleich zur gewöhnlichen Elektroofenstahlherstellung kann das Vakuumschmelzen die Reinheit des Stahls verbessern. Ultrahochfester Stahl verwendet im Allgemeinen einen Vakuum-Verzehrofen (oder Vakuum-Lichtbogen). Umschmelzen im Ofen, um Verunreinigungen und Entmischungen im Stahl zu reduzieren und die Bruchzähigkeit des Stahls zu verbessern. Alle fortgeschrittenen Industrieländer haben niedrigere Vorschriften für den Schwefel- und Phosphorgehalt erlassen, die im Allgemeinen auf weniger als 0,06 % begrenzt sind, aber die Trennung von Stahl, der von großen Stahlwerken in meinem Land produziert wird, ist immer noch stark. Die Qualität ist instabil. Unter den Faktoren, die die Segregation beeinflussen (Eisenerzelemente, Stahlherstellungsverfahren, Stahlbarrengröße, Schmelztechnologie usw.), ist der Hauptgrund das Stahlherstellungsverfahren und die Schmelztechnologie. Eine starke Entmischung führt zu Heißversprödung, Kaltversprödung, Rissen, Ermüdung usw. Eine Reihe von Fragen.

2 Stresskonzentration

Wenn der Stahl in einem bestimmten Teil eine Spannungskonzentration aufweist, scheint ein zweidimensionales oder dreidimensionales Spannungsfeld der gleichen Zahl den Übergang des Materials in den plastischen Zustand zu erschweren, was zu sprödem Versagen führt. Je größer die Spannungskonzentration, desto stärker nimmt die Plastizität des Stahls ab und desto größer ist die Gefahr eines Sprödbruchs. Die Spannungskonzentration von Stahlkonstruktionen oder -bauteilen hängt hauptsächlich mit den Details der Struktur zusammen:

3Nutzungsumgebung

Wenn die Schraube einer größeren dynamischen Belastung ausgesetzt ist oder bei einer niedrigeren Umgebungstemperatur arbeitet, steigt die Möglichkeit eines spröden Versagens der Schraube.

Wenn die Temperatur über 0 °C steigt, ändern sich die Festigkeit und der Elastizitätsmodul des Stahls. Im Allgemeinen nimmt die Festigkeit ab und die Plastizität zu. Wenn die Temperatur innerhalb von 200 °C liegt, ändert sich die Leistung des Stahls nicht wesentlich. Die Zugfestigkeit des Stahls erholt sich jedoch bei etwa 250 °C, die Festigkeit wird deutlich verbessert, die Plastizität und die Schlagzähigkeit nehmen ab und es kommt zur sogenannten blauen Sprödigkeit. Zu diesem Zeitpunkt ist der warmumgeformte Stahl anfällig für Risse. Wenn die Temperatur 600 °C erreicht und E nahe Null liegt, verliert die Stahlkonstruktion fast vollständig ihre Tragfähigkeit.

Wenn die Temperatur unter 0 °C liegt, nimmt die Festigkeit des Stahls mit sinkender Temperatur leicht zu, während die Duktilität abnimmt und die Sprödigkeit zunimmt. Insbesondere wenn die Temperatur auf einen bestimmten Temperaturbereich sinkt, sinkt der Schlagzähigkeitswert des Stahls stark und es kommt zu Sprödbrüchen bei niedriger Temperatur. Das spröde Versagen von Stahlkonstruktionen bei niedrigen Temperaturen wird üblicherweise als Kältesprödigkeit bei niedrigen Temperaturen bezeichnet, und die entstehenden Risse werden als Kaltrisse bezeichnet.

4Der Einfluss der Ladegeschwindigkeit

Eine große Anzahl von Experimenten hat gezeigt, dass eine hohe Belastungsrate das Risiko eines Sprödbruchs des Materials erhöht, und es wird allgemein angenommen, dass ihre Wirkung einer Temperatursenkung gleichkommt. Mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit erhöht sich die Streckgrenze des Materials. Der Grund dafür ist, dass das Material zu spät für plastische Verformung und Schlupf ist. Daher wird die thermische Aktivierungszeit, die erforderlich ist, damit die Versetzung die Zwängung und den Schlupf aufhebt, verkürzt und die Sprödübergangstemperatur erhöht. Daher kann es leicht zu Sprödbrüchen kommen. Wenn die Probe Kerben aufweist, ist der Einfluss der Dehnungsrate stärker ausgeprägt. Sobald ein spröder Riss auftritt, kommt es an der Rissspitze zu einer starken Spannungskonzentration. Dieser plötzliche Spannungsanstieg entspricht einer Belastung mit einer sehr hohen Belastungsgeschwindigkeit, die dazu führt, dass sich der Riss schnell destabilisiert und ausdehnt und schließlich zu einem spröden Versagen der gesamten Struktur führt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Materialfehler, Spannungskonzentration, Einsatzumgebung und Belastungsgeschwindigkeit die Hauptfaktoren sind, die den Sprödbruch beeinflussen, wobei die Spannungskonzentration besonders wichtig ist. Erwähnenswert ist hier, dass die Spannungskonzentration im Allgemeinen keinen Einfluss auf die statische Tragfähigkeit der Stahlkonstruktion hat und ihr Einfluss bei der Bemessung in der Regel nicht berücksichtigt wird. Aber unter Einwirkung dynamischer Belastung, starker Spannungskonzentration plus Materialfehler, Eigenspannung, Abkühlungshärtung, Umgebung mit niedrigen Temperaturen usw. sind oft die Hauptursache für Sprödbrüche.

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